[发明专利]基于客流的轨道交通车站通风空调系统的智能控制方法

说明书

本发明提供了一种基于客流的轨道交通车站通风空调系统的智能控制方法。该方法包括：确定研究车站，获取车站基础数据、车站历史客流和列车数据及历史气象数据；根据通风空调系统负荷的理论计算方法，利用已知数据计算得到通风空调系统负荷的理论计算值；构建基于动态客流的通风空调系统负荷计算模型；根据模型计算出通风空调系统的短时预测负荷；制定通风空调系统的控制策略，提出基于预测控制与时变客流特征的车站通风空调系统智能控制方法。本发明通过利用客流预测和客流仿真技术获得未来短时间内的客流数据，从而根据构建的模型计算未来短时间内的系统预测负荷，以使得车站通风空调控制系统能够提前应对未来短时间内的站内温度波动。

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，尤其涉及一种基于客流的轨道交通车站通风空调系统的智能控制方法。

背景技术

随着经济发展水平提高，城市化进程不断加快，城市规模进一步扩大，交通需求也随之高速增长，城市交通需求与供给间的矛盾已经成为广泛存在的问题。由于城市轨道交通相比城市道路交通具有安全舒适、快速环保、运能大等优势，各个城市都大力发展城市轨道交通以缓解城市道路交通压力，但是城市轨道交通系统是一个城市的耗能大户，耗能高已成为阻碍城市轨道交通发展的重要原因之一，因此城市轨道交通在节能降耗方面仍有较大的潜力。

城市轨道交通系统是一个复杂的大系统，由众多的小系统构成，包括车辆系统、设备系统、信号系统、消防系统、供电系统、车站系统等，主要的能耗形式为电能和水资源。其中，车站系统的重中之重——车站通风空调系统的设备功率大、能耗高，其耗电量约占车站总耗电量的40％—50％，是节约能耗和降低费用的重要对象。

车站通风空调系统具有以下特点：车站热环境在不断改变，站内负荷也时刻在变化，这对整个车站通风空调系统的调节干扰很大；空气调节的过程高度非线性，各执行机构的运行特性也呈非线性特征；车站站厅和站台空间大，温度变化缓慢，车站通风空调系统进行调节后站内环境不能马上改变。总而言之，车站通风空调系统具有易干扰性、高度非线性、滞后性等特性。

现在城市轨道交通车站的车站通风空调系统的控制方法包括闭环控制和开环控制，目前主流的控制方法是闭环控制。

闭环控制基于对实际温度变化的监测，在车站内典型区域设置温度探测器，设定制冷量、新风量分档和控制温度，通过实时对比探测的实际温度与设定的控制温度，自动调节制冷量、新风量档位，控制风机、水泵和阀门等环空设备。

上述城市轨道交通车站的车站通风空调系统的闭环控制方法存在以下诸多缺点：

首先，闭环控制是反馈控制，反馈控制的缺点是滞后性。例如，在夏季早晚高峰初期，当大量乘客于短时间内涌入城市轨道交通车站时，系统负荷急剧增加引起站内温度迅速上升，温度探测器将监测结果反馈给通风空调控制系统，控制系统加大制冷量和新风量档位，使站内温度在一段时间后下降至舒适的范围；在早晚高峰末期，当进站乘客减少时，系统负荷减少引起站内温度下降，温度探测器将监测结果反馈给控制系统，控制系统减小制冷量和新风量档位，使站内温度在一段时间后上升至舒适的范围。尽管系统自动调节制冷量和新风量档位使实际温度趋向控制温度，但实际温度变化滞后于制冷量和新风量档位调节，更滞后于客流量变化。

第二，制冷量、新风量分档数量有限。例如，若当前温度高于控制温度且已经采用最大制冷量档位，或当前温度低于控制温度且已经采用最小制冷量档位，则系统无法进行调节。特别在运营初期和平峰时段，客流量少，产热量低，即使采用最小档位，实际温度也低于控制温度，容易引起部分乘客的不适反应。此外，站内温度的微小变化，就可能引起制冷量档位的变化，继而引起温度的变化。在客流量变化大的时段，温度变化的波动大，往往乘客在一次城市轨道交通出行中多次体验环境温度的剧烈变化，影响乘客的出行体验。

第三，闭环控制容易受温度探测器的位置、高度和准确性影响。通常温度探测器设置的位置集中于客流活跃区域且设置的高度在吊顶上，探测平均温度高于实际平均温度，系统可能需要采用比实际需求的制冷量更高的制冷量档位，为此车站通风空调系统将付出更高的能耗。